光耦的基本知識

1、<p><b>　　光耦的基本知識</b></p><p>　　光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（L

2、ED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加

3、計(jì)算機(jī)工作的可靠性。 </p><p>　　1.光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離

4、信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。 </p><p>　　十幾年來，新型光耦合器不斷涌現(xiàn)，滿足了各種光控制的要求。其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到計(jì)測儀器，精密儀器，工業(yè)用電子儀器，計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備、通信機(jī)、信號機(jī)和道路情報系統(tǒng)，電力機(jī)械等領(lǐng)域。這里側(cè)重介紹該器件的工作特性

5、，驅(qū)動和輸出電路及部分實(shí)際應(yīng)用電路。近年來問世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。下面分別介紹光耦合器的工作原理及檢測方法。 </p><p>　　2. 光耦合器的性能及類型 </p><p>　　用于傳遞模擬信號的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當(dāng)有電流通過發(fā)光二極管時，便形成一個光源，該光源照射到光敏三極管

6、表面上，使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流，該電流的大小與光照的強(qiáng)弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容小（2pf左右）、耐壓高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻?。s10Ω），對高內(nèi)阻源的噪聲相當(dāng)于被短接

7、。因此，由光耦合器構(gòu)成的模擬信號隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。  </p><p>　　事實(shí)上，光耦合器是一種由光電流控制的電流轉(zhuǎn)移器件，其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似，因而可以將其作為普通放大器直接構(gòu)成模擬放大電路，并且輸入與輸出間可實(shí)現(xiàn)電隔離。然而，這類放大電路的工作穩(wěn)定性較差，無實(shí)用價值。究其原因主要有兩點(diǎn)：一是光耦合器的線性工作范圍較窄，且隨溫度變化而變化；二是光耦合器共發(fā)射

8、極電流傳輸系數(shù)β和集電極反向飽和電流ICBO(即暗電流)受溫度變化的影響明顯。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，除應(yīng)選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來實(shí)現(xiàn)模擬信號隔離外，還必須在電路上采取有效措施，盡量消除溫度變化對放大電路工作狀態(tài)的影響。 </p><p>　　從光耦合器的轉(zhuǎn)移特性與溫度的關(guān)系可以看出，若使光耦合器構(gòu)成的模擬隔離電路穩(wěn)定實(shí)用，則應(yīng)盡量消除暗電流（ICBO）的影響，以提高線性度，做到靜態(tài)工作點(diǎn)IFQ

9、隨溫度的變化而自動調(diào)整，以使輸出信號保持對稱性，使輸入信號的動態(tài)范圍隨溫度變化而自動變化，以抵消β值隨溫度變化的影響，保證電路工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。</p><p>　　基于89C2051的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　引言步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動方式主要分為恒壓驅(qū)動、恒流驅(qū)動、細(xì)分驅(qū)動等，其中恒壓驅(qū)動是成本最低、最簡單的解決方案，但是它的顯著缺點(diǎn)是：高頻力矩下降較快，無法滿足某些應(yīng)用場合

10、的要求。另外，目前市場上幾乎所有的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器都存在著低頻熱耗散大的缺點(diǎn)。在成本壓力較大、對功耗和高低頻力矩都有較高要求的情況下，如何取舍是一件很難抉擇的事情。本設(shè)計(jì)通過一個低成本可控電源，針對控制頻率的全程范圍，相應(yīng)輸出若干段電壓，低頻低壓、高頻高壓。同時，在同一頻率下采用高低壓驅(qū)動法，在電機(jī)啟動時刻提供高電壓，力矩保持階段提供低電壓，從而實(shí)現(xiàn)了低成本下的高頻力矩提升、低頻功耗下降的優(yōu)良效果。</p><p&g

11、t;<b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)電路、可控電源電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路構(gòu)成。單片機(jī)采用ATMEL公司的89C2051。實(shí)際應(yīng)用中，用其P1口低4 位輸出控制信號給可控電源電路，使可控電源輸出不同梯次的驅(qū)動電壓，當(dāng)控制信號為“0000”時輸出電壓最低，控制信號為“1111”時輸出電壓最高，P1口高4 位用于輸出相序控制信號給四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，單片

12、機(jī)根據(jù)控制策略決定驅(qū)動電壓的高低和相序的變化?？煽仉娫纯煽仉娫床糠种饕蒐M2576-ADJ、緩沖器、電阻、二極管組成，電路如圖1所示。圖中LM2576-ADJ是一個降壓型開關(guān)穩(wěn)壓源，其輸出電壓為：</p><p><b>　　圖1 可控電源電路</b></p><p>　　其中VH 為緩沖器輸出的高電平電壓，VD 為二極管結(jié)壓降，VREF 為參考電壓，Di 為

13、單片機(jī)I/O口數(shù)字量輸出。電路中采用緩沖器是為了提高高電平輸出的穩(wěn)定性和電流驅(qū)動能力，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)在單片機(jī)I/O口數(shù)字量控制下向VREF 節(jié)點(diǎn)提供電流從而改變輸出電壓Vout，二極管的作用是防止控制信號為低電平時產(chǎn)生反相電流。本設(shè)計(jì)采用4 位I/O控制信號，形成了4位8級可調(diào)電源。四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路圖2所示為四相單極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，主要由MOSFET、續(xù)流二極管、電阻組成。單片機(jī)I/O口輸出信號MA、MB、MC、MD為高電平時

14、，相應(yīng)的開關(guān)管MOSFET導(dǎo)通，Vout向?qū)?yīng)的電機(jī)繞組供電。電路中為了減小驅(qū)動元件的壓降，采用了具有低導(dǎo)通電阻特性的MOSFET器件，利用二極管和電阻構(gòu)成電機(jī)繞組的續(xù)流回路，避免了MOSFET器件在換相時由于瞬間電壓過高而擊穿。</p><p>　　圖2 四項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路</p><p>　　控制方案及軟件設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)高頻力矩提升、低頻功耗下降的目的，設(shè)計(jì)中采用了高低壓驅(qū)動和驅(qū)動